DE2723382B2

DE2723382B2 - Verwendung von Stahlfasern als Verstärkungsfasern für Stahlbeton

Info

Publication number: DE2723382B2
Application number: DE2723382A
Authority: DE
Inventors: Takeo Kawasaki Kanagawa Nakagawa (Japan)
Original assignee: AIDA KEINOSUKE SAGAMIHARA; NAKAGAWA TAKEO KAWASAKI
Current assignee: AIDA KEINOSUKE SAGAMIHARA; NAKAGAWA TAKEO KAWASAKI
Priority date: 1976-05-24
Filing date: 1977-05-24
Publication date: 1981-01-22
Also published as: DE2723382C3; SU1429946A3; JPS52144424A; US4298660A; DE2723382A1; JPS5341247B2

Description

Es ist bekannt, Beton durch Stahlfasern mit rechteckigem Querschnitt (US-PS 36 50 785) oder aber mit beliebigem Querschnitt (DE-OS 23 14 352) zu verstärken.

Ein derartiger Beton ist in seinen verschiedenen Eigenschaften, wie Zugfestigkeit, Bruchfestigkeit, Scherfestigkeit, Streckvermögen, Zähigkeit, dynamische Festigkeit, Ermüdungsfestigkeit etc, aberragend, und man verwendet ihn in großem Umfang. Ferner plant man heutzutage, Autobahnen, Flugplätze, öllager oder elektrische Versorgungsstationen am Meeresboden oder auf der Meeresoberfläche zu bauen. Da diese Meeresbauwerke in besonderem MaBe eine hohe Erdbebensicherheit erfordern, wird davon ausgegangen, daß der stahlfaserverstärkte Beton als geeignetes Baumaterial verwendet werden kann.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Stahlfasern sowohl hart und fest sind als auch beim Vermischen mit dem Beton oder Zuschlagstoff nicht gebrochen werden. Stahlfasern, welche zu kurz oder zu dick sind, sind unzureichend in ihrem Verstärkungsvermögen, und Stahlfasern, welche zu lang oder zu dünn sind, neigen zur Bildung von kugelförmigen Zementklumpen. Allgemein wird eine Stahlfaser-Querschnittsfläche von 0,1 bis 0,4 mm² und eine Stahlfaser-Länge von 20 bis 50 mm empfohlen. Jedoch ist außer den oben genannten Festigkeits- oder Größeneigenschaften die billige Herstellung eine absolute Bedingung, da die Stahlfasern gewöhnlich in einem Volumenverhältnis von etwa 2% und einem Gewichtsverhältnis von etwa 160 kg/m³ verwendet werden.

Für die Herstellung der Stahlfasern zur Verstärkung des Betons sind folgende Verfahren bekannt: (1) Schneiden aus Draht, vgl. Fig. 1, (2) Abscheren von einem dünnen Blech, vgl. F i g. 2, und (3) Entnehmen aus der Schmelze, vgl. F i g. 3. Diese bekannten Verfahren haben verschiedene Nachteile hinsichtlich der Qualität oder der Herstellungskosten, und sie konnten daher nicht immer den oben genannten Erfordernissen zufriedenstellend entsprechen.

Insbesondere bei dem Verfahren (1) hat die Faser zwar eine gute Festigkeit, sie hat jedoch ein schlechtes Vermögen beim Einbinden in den Beton, da sie nur durch Schneiden des runden oder nadelartigen Stahldrahtes hergestellt ist, und es ist erforderlich, die Stahlfaser vor oder nach dem Schneiden des Drahts an ihren Enden oder in der Mitte der Länge nach zu knicken oder zu biegen. Darüber hinaus ist es schwierig, viele Stahldrähte gleichzeitig mit den rotierenden

ίο Schneidkanten zu schneiden sowie die Drähte mit großer Geschwindigkeit zuzuführen. Infolgedessen ist der Wirkungsgrad bei der Herstellung in nachteiliger Weise herabgesetzt, und die Produktionskosten sind insgesamt sehr hoch, zumal das Drahtmaterial teuer ist Dies ist ein besonders wesentlicher Nachteil des Verfahrens (1).

Das Verfahren (2£ bei welchem ein dünnes Stahlblech mittels eines Abscherwerkzeugs abgeschert wird, ist besser als das Verfahren (3), bei weichem die Stahlfasern aus der Schmelze extrahiert werden, da die nach dem Verfahren (2) abgescherte Stahlfaser besser in ihrer Festigkeit ist als die nach dem' Verfahren (3) hergestellte. Jedoch ist die Produktivität des Verfahrens (2/ niedrig, da zum Erfassen des Betons, wie bei dem Verfahren (1) erwähnt, ein Preßformen und Knicken oder Biegen erforderlich ist Da das dünne Stahlblech einen hohen Aufwand bei der Herstellung erfordert und ferner in seiner Breite laufend gespalten werden muß, um der Länge der gewünschten Fasern zu entsprechen, ergeben sich auch bei dem Verfahren (2) in unzureichender Weise hohe Produktionskosten ähnlich wie bei dem Verfahren (1).

Bei dem Verfahren (3) wird geschmolzener Stahl bei hohen Temperaturen mittels einer rotierenden Scheibe extrahiert und durch die Zentrifugalkraft abgeschleudert, wobei die Partikel des geschmolzenen Metalls sofort erstarren. Durch dieses Verfahren werden die Stahlfasern direkt aus dem Stahlschmelzbad erzeugt, und die Produktionskosten sind niedriger als bei den Verfahren (1) und (2), jedoch ergeben sich verschiedene Schwierigkeiten daraus, daß noch keine Materialien für den Ofen entwickelt worden sind, welche den geschmolzenen Stahl bei hohen Temperaturen für eine lange Zeitdauer halten können. Auch ist es schwierig, die Oberflächenhöhe des geschmolzenen Stahls und die Temperatur genau zu steuern. Weitere Schwierigkeiten ergeben sich daraus, daß die Querschnitte der Stahlfasern unterschiedlich sind und die Faserfestigkeit am geringsten ist

so Ferner ist es bekannt (US-PS 5 31 520), Dreh- oder Bohrspäne, die in Pulver- oder Spiralform anfallen, als Zuschlagstoffe für Beton zu verwenden, um billige Gewichte u.dgl. herzustellen. Eine Verbesserung der Betonfestigkeit spielt dabei keine Rolle und wird auch nicht angestrebt

Ebenfalls ohne Berücksichtigung einer Verstärkungsfunktion ist die weiterhin bekannte Verwendung von im wesentlichen runden Stahlfasern zum Aufbau poröser Metallkörper, wie etwa Filter (US-PS 31 27 668).

Der Erfindung hingegen liegt die Aufgabe zugrunde, die Verstärkung des Betons zu verbessern, und zwar bei Senkung des erforderlichen Herstellungsaufwandes.

Hierzu kennzeichnet sich die Erfindung durch die Verwendung von durch Fräsen hergestellten Stahlfasern, die verdrillt sind und einen annähernd dreieckigen Querschnitt besitzen, als Verstärkungsfasern für Stahlbeton.
Daß sich beim Fräsen Stahlfasern mit annähernd

dreieckigein Querschnitt ergeben, ist bekannt (»Fertigungstechnik I« von A. Reichard, Verlag Handwerk und Technik, Hamburg 1975, Seiten 141-151; »Manufacturing Processes and Materials for Engineers« von L. E Doyle, Prentice-Hall 1969, Seiten 614—617 und 630-635). Eine Verwendung solcher Stahlfasern als Verstärkungsfasern für Beton wird jedoch nicht angesprochen.

Die erfindungsgemäß verwendeten Stahlfasern, die rasch und einfach in beliebiger Menge gefräst werden könneii, sind durch den Herstellungsvorgang verfestigt und tragen dadurch in erhöhtem Maße zur Verstärkung des Betons bei. Außerdem besitzen sie aufgrund ihrer Form eine relativ große Oberfläche, die zu einer hervorragenden Einbindung in den Beton fuhrt Die Verwindung erhöht ferner den Widerstand gegen ein Herausziehen der Faser. Die Erfindung ermöglicht also die Herstellung eines Betons von höherer Festigkeit, oder aber, bei gleichbleibender Festigkeit, die Einsparung von ohnehin verbilligtem (20 bis 50 Prozent gegenüber dem herkömmlichen Drahtschneide-Verfahren) Verstärkungsmaterial. Außerdem sei hervorgehoben, daß die erfindungsgemäß verwendeten Stahlfasern nicht zu Klurp.penbildungen neigen, sondern eine gleichmäßige Verteilung innerhalb des Betons begünstigen.

Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von Stahlfasem, deren Querschnitt annähernd die Form eines rechtwinkligen Dreiecks aufweist Hieraus resultiert eine optimale Faserfestigkeit

Vorzugsweise verwendet man Stahlfasenv, deren Verdrillung 12°/cm bis 43°/cm beträgt. Es wurde gefunden, daß der Widerstand gegen ein Herausziehen unter diesen Umständen besonders groß ist, ohne herstellungstechnische Schwierigkeiten mit sich zu bringen. Gleiches gilt für Stahlfasern, die an beiden Enden in Längsrichtung abgestuft sind und/oder die in Längsrichtung abwechselnde Vorsprünge und Ausnehmungen tragen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen im Vergleich zum Stand der Technik näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des bekannten Herstellverfahrens (1),

F i g. 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des bekannten Herstellverfahrens (2),

F i g. 3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des bekannten Herstellverfahrens (3),

F i g. 4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens,

F i g. 5 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer anderen Ausführungsform des ertindur.gsgemäßen Herstellverfahrens,

Fig.6 eine Draufsicht einer Ausführungsform der Erfindung für eine Massenproduktion,

F i g. 7 eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung für eine Massenproduktion,

F i g. 8 eine Draufsicht der Ausführungsform gemäß Fig.7,

F i g. 9 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäß hergestellten Stahlfaser,

Fig. 1OA bis IOC Querschnitte von erfindungsgemäßen Stahlfasem, hergestellt bei unterschiedlichen Neigungswinkeln der Schneidkante,

Fig. UA bis 13A erfindungsgemäß verwendbare Schneidkanten und Fig. HB bis 13B die mit diesen

Schneidkanten jeweils hergestellten Sfahlfasern, Fig. 14 eine graphische Darstellung eines Vergleichs

der Biegefestigkeit eines erfindungsgemäß verstärkten

Betons mit einem Beton, welcher mit Stahlfasem

verstärkt ist, die nach dem bekannten Verfahren (2) hergestellt sind,

Fi g. 15 ein Diagramm zur Darstellung der Wirkung des Neigungswinkels auf die Stahlfaserfestigkeit wobei der Neigungswinkel verändert wird bei konstanter

Bedingung der Schneidkante und Bearbeitungsbedingung,

Fig. 16 ein Diagramm zur Darstellung der Wirkung der Schneidbedingung auf die Querschnittsfläche und die Zugfestigkeit der Stahlfaser, wobei der Vorschub pro Schneidkante und die Schnitt-Tiefe verändert werden bei konstant gehaltener Bedingung der Schneidkante und der Bearbeitung,

Fig. 17 ein Diagramm zur Darstellung der Wirkung der Schneidbedingung auf die Querschnittsfläche und die Zugfestigkeit der Stahlfaser, wobei der Vorschub pro Schneidkante verändert wird bei konstant gehaltener Bedingung der Schneidkante und der Bearbeitung, und

Fig. 18 ein Diagramm zur Darstellung der Wirkung

der Schneidbedingung auf die Querschnittsfläche und

Zugfestigkeit der Stahlfaser, wobei die Schnitt-Tiefe

verändert wird bei konstant gehaltener Bedingung der

Schneidkante und der Bearbeitung. Die nachfolgende Beschreibung der Erfindung erfolgt

anhand der Zeichnungsfiguren 4 bis 18. Die F i g. 4 und 5 zeigen grundlegende Ausführungsformen der Herstellung von Stahlfasern für einen verstärkten Beton. Mit 1 ist eine Fräsvorrichtung bezeichnet, welche die Form einer Scheibe oder eines Zylinders hat, an deren äußerem Umfang eine Mehrzahl von Schneidkanten 2 angeordnet ist Die Fräsvorrichtung 1 wird durch eine (nicht dargestellte) Antriebsvorrichtung gedreht Es ist vorteilhaft, für die Schneidkanten 2 im Hinblick auf ihre Lebensdauer ein Plättchen aus aufgekohltem Karbid zu verwenden. Mit 3 ist eine dicke Stahlplatte oder ein Stahlblock als Rohmaterial für die Stahlfaser bezeichnet, und im Hinblick auf das Herstellverfahren, den Werkzeugverschleiß und den Einfluß auf die Qualität des Produkts ist als Rohmaterial ein Stahl von niedrigem Kohlenstoffgehalt, wie weicher Stahl oder superweicher Stahl geeignet Da ein Rohmaterial von hoher Verformbarkeit vorteilhaft ist, werden geglühter oder normalisierter Stahl empfohlen, oder gut spanabhebender Stahl ist ebenfalls akzeptabel im Hinblick auf die Verlängerung der Lebensdauer des Werkzeugs. Natürlich ist das Rohmaterial nicht auf die vorstehend aufgeführten Stahlsorten beschränkt Besondere Stähle, wie beispielsweise rostfreier Stahl, können eine Stahlfaser von besonders hoher Qualität ergeben.

Das Fräswerkzeug 1 ist derart an der Stahlplatte 3 angeordnet, daß die Schneidkante 2 in einer gewünschten Tiefe fangeordnet ist, und wenn das Fräswerkzeug 1 bei vorgegebener Geschwindigkeit gedreht wird, werden das Schneidwerkzeug 1 und das Stahlmaterial 3 laufend relativ zueinander in horizontaler Richtung bewegt, und eine Oberfläche 31 des Materials 3 wird durch die rotierenden Schneidkanten 2 verarbeitet um Stahlfasem 41 von annähernd dreieckiger Querschnittsform herzustellen.

Diese Bearbeitung kann mit einem Fräswerkzeug 1 erfolgen, welches mit Schneidkanten 2 versehen ist, deren Breite der Länge der Stahlfasem 41 entspricht es ist jedoch bequemer, die Ausführungsformen gemäß

5 6

den Fig.6 oder 7 und 8 zu verwenden, um die Eine weitere Verfahrensweise ist es, daß die

Produktivität zu erhöhen. Die Fig.6 zeigt, daß eine Arbeitsweisen gemäß den Fig.4 und 5 miteinander Mehrzahl von Fräswerkzeugen 1 mit Schneidkanten 2, kombiniert werden und der Stahlblock 3 mit Bezug auf deren Breite fast der Länge der Stahlfasern entspricht, das Fräswerkzeug 1 hin- und herbewegt wird, d. h. der

parallel auf einer Welle 5 angeordnet ist mit geeigneten 5 Stahlblock 3 wird zerstückelt durch einen Aufwärts-

Zwischenräumen zwischen den einzelnen Fräswerkzeu- Fräsvorgang bei Vorwärtsbewegung des Stahlblocks 3

gen 1. Unterhalb dieser Fräswerkzeuge 1 sind jeweils und durch einen Abwärtsschnitt-Fräsvorgang bei

die Rohmaterialstücke 3 angeordnet, deren Breite der Rückwärtsbewegung des Stahlblocks 3. Bei dieser

Breite der Schneidkanten 2 entspricht oder kleiner als Verfahrensweise ergibt sich kein Ausschuß und die

diese ist, und bei Drehung der Fräswerkzeuge 1 werden 10 Produktivität kann noch mehr erhöht werden als bei den

diese und die Materialstücke 3 relativ zueinander in Verfahrensweisen gemäß F i g. 4 oder F i g. 5.

horizontaler Richtung bewegt, so daß die Oberflächen Eine weitere (nicht dargestellte) Verfahrensweise

der Materialstücke 3 verarbeitet werden. besteht darin, daß der Stahlblock 3 fixiert ist und das

Die Ausführungsform gemäß den F i g. 7 und 8 ist Schneidwerkzeug 1 horizontal längs des Stahlblocks 3 ähnlich der Ausführung gemäß Fig.6 und weist eine 15 bewegt wird, wobei es gedreht wird. Diese Verfahrens-Mehrzahl von Fräswerkzeugen 1 mit Schneidkanten 2 weise ist von Nutzen, wenn der Stahlblock dick ist und auf, deren Breite annähernd gleich der Stahllfaserlänge ein großes Gewicht hat

ist, jedoch sind die benachbarten Fräswerkzeuge 1 im In jedem der vorstehend beschriebenen Fälle wird,

Kontakt miteinander auf der Welle 5 angeordnet, und wenn ein Verarbeitungsprozeß von einem Ende zum

unterhalb der Fräswerkzeuge 1 befindet sich das 20 anderen Ende des Stahlblocks 3 beendet ist, der

Rohmaterialstück 3, dessen Breite gleich oder kleiner ist Stahlblock 3 angehoben oder das Fräswerkzeug 1 wird

als die Summe der Breiten sämtlicher Fräswerkzeuge 1. abgesenkt, damit die Schneidkante 2 mit einer

Wenn sämtliche Fräswerkzeuge 1 mit derselben darauffolgenden Oberfläche 31' des Stahlblocks 3 in Geschwindigkeit gedreht werden, werden die Fräs- Kontakt kommen kann. Hierzu wird eine später

werkzeuge 1 und der Rohmaterialblock 3 in horizonta- 25 erläuterte Schnitt-Tiefe t gesteuert durch einen

Ier Richtung relativ zueinander bewegt, um die Absenkbetrag des Fräswerkzeugs 1 oder einen Anhebe- Oberfläche des Rohmaterialblocks 3 wie oben beschrie- betrag des Stahlblocks 3.

ben zu bearbeiten. Die Stahlfaserherstellung gemäß der vorliegenden

Somit ist es möglich, viele Stahlfasern mittels einer Erfindung wird nachstehend im Detail erörtert Die Mehrzahl von parallelen Fräswerkzeugen 1 in den jo Schneidkante 2, welche einen geeigneten Neigungswin- Vorrichtungen gemäß den Fig. 6 sowie 7 und 8 zu kel θ hat, tritt aufgrund der Rotation des Fräswerkzeugs

erzeugen. Ferner wird bei der Ausführungsform gemäß 1 in Kontakt mit dem Rohmaterial 3, wonach dünne

den F i g. 7 und 8 die Stahlfaser, deren Länge gleich der Bruchstücke 4' von Dreiecksquerschnitt von der

Breite der Fräswerkzeuge i ist, in großem Ausmaß von Oberfläche 31 des Rohmaterials 3 abgehackt werden

den gesamten Seiten (in Breite und Länge) eines 35 entsprechend der Schnittiefe t und einem Vorschub Sz

einzigen Stahlblocks 3 erzeugt, und es ist daher nicht pro Schneidkante 2, welcher durch die Drehung des

erforderlich, Stahlblöcke von kleiner Breite jeweils für Fräswerkzeugs 1 und die Anzahl von Schneidkanten 2

die einzelnen Fräswerkzeuge 1, wie in Fig. 6 gezeigt bestimmt ist Da eine große Scherdeformation auf

herzustellen. Die Ausführungsform gemäß den F i g. 7 dieses dünne Fragment 4' durch das Einschneiden der

und 8 ist daher besonders vorteilhaft im Hinblick: auf das 40 Schneidkante 2 in das Material 3 bis zu dessen Verlassen

Rohmaterial und die Einrichtung zum Herbeiführen der aufgebracht wird, wird das Fragment 4' an der Relativbewegung zwischen dem Fräswerkzeug 1 und Neigungsfläche 21 der Fräsvorrichtung 1 geschrumpft -

dem Rohmaterial 3. und schließlich wird es in Gestalt einer Stahlfaser 4 von

In den Ausführungsformen gemäß den F i g. 6 sowie 7 dreieckigem Querschnitt weggeworfen,

und 8 ist es von Vorteil, daß die Schneidkanten 2 in 45 Die somit erhaltene Stahlfaser 4 hat fast den

Drehrichtung nicht einheitlich in derselben horizontalen Dreiecksquerschnitt wie in Fig.9 gezeigt, und die Linie angeordnet sind, sondern laufend oder mit Bezug Länge /ist nahezu gleich der Breite der Schneidkante 2.

auf das jeweils benachbarte Fräswerkzeug 1 um eine Wenn die Breite des Rohmaterials 3 kürzer ist als die

geeignete Teilung gegeneinander verschwenkt an- Schneidkante 2, ist die Faserlänge gleich der Breite des

geordnet sind. Somit kann zusätzlich zur Erhöhmng der 50 Materials 3, und wenn die Breite des Materials 3 länger

Produktivität der Stoß auf das Fräswerkzeug oder die ist als die der Schneidkante 2, so wird ein konvexer Welle 5 verringert werden. Körper entsprechend der Schnitt-Tiefe durch Wieder- Bei den Ausführungsformen gemäß den F i g. 4 bis 8 holung des Arbeitsvorgangs ausgeformt, und die Enden

besteht hinsichtlich der Relativbewegung zwischen dem der Schneidkante 2 stehen in nachteiliger Weise mit

Fräswerkzeug 1 und dem Stahlblock 3 in horizontaler 55 dem Rohmaterial 3 in Kontakt Richtung die Verfahrensweise, daß das Fräswerkzeug 1 Die Stahlfaser 4 wird mit einer gewellten Fliehe 41

an einer vorgegebenen Stelle gedreht wird, bezüglich über die gesamte Länge an einer Seite der Stahlfaser

welcher der Stahlblock 3 horizontal bewegt wird, wobei ausgebildet, welche nicht mit der Neigungsfllche 21 der

der Stahlblock 3 einerseits entgegen der Drehrichtung Schneidkante 2 in Kontakt gebracht wird, wodurch eine

des Fräswerkzeugs 1 bewegt wird, wie durch die Pfeile eo Vergrößerung der Oberflache dieser nicht mit der

in Fig.4 angedeutet, oder wobei der Stahlblock 3 Schneidkante 2 in Kontakt tretenden Seite und

andererseits in Drehrichtung des Fraswerlkzeugs 1 entsprechend ein größeres Erfassen des Betons

bewegt wird, wie durch die Pfeile in Fig.5 angedeutet ermöglicht wird. Eine derartige Stahlfaser 4 ist von %

Somit werden die Stahlfasern im ersten Fall durch einen hoher Verformbarkeit und ermöglicht somit ein enges Aufwärtsschnitt-Fräsvorgang und im zweiten Fall durch 65 Verarbeiten ohne Erzeugen von Rissen, und seine

einen Abwärtsschnitt-Fräsvorgang hergestellt Vom Festigkeit ist gegenüber dem Rohmaterial stark erhöht

Standpunkt des Werkzeugverschleißes her wird die da durch diese Scherdeformation ein Härtungsvorgang

zweite Verfahrensweise empfohlen. erfolgt.

Die vorstehenden Ausiahrungen bilden die Grundlagen für die Herstellung von Stahlfasern gemäß der vorliegenden Erfindung, und die Gestall oder Größe der Stahlfasern können nach Wunsch innerhalb eines Bereichs verändert werden, in welchem der Querschnitt 'dreieckförmig ist durch eine Kombination der Bedingung der Schneidkante und der Bearbeitungsbedingung.

Die Erfindung umfaßt ein Verfahren, welches diese Bearbeitung durch Ändern von einem oder mehreren Parameter durchführt, wobei diese Parameter sind der Neigungswinkel θ der Schneidkante 2, die Schnitt-Tiefe U der Vorschub Sz pro Schneidkante 2 und die Arbeitsgeschwindigkeit (die Umfangsgeschwindigkeit der Schneidkante 2). Die Fig. 1OA bis IOC zeigen Varianten des Querschnitts von Stahifasern 4, wenn der Neigungswinkel θ der Schneidkante 2 des Fräswerkzeugs 1 geändert wird. Beim Nullneigungswinkel ergibt sich ein rechtwinkliges Dreieck wie in F i g. 1OA gezeigt; bei einem negativen Neigungswinkel ergibt sich ein spitzwinkliges Dreieck gemäß Fig. 1OB; und bei positivem Neigungswinkel ergibt sich ein stumpfwinkliges Dreieck, wie in Fig. IOC gezeigt. Wenn der Neigungswinkel θ Null ist, ist die Stahlfaserfestigkeit am besten.

Bei den obigen Verfahrensweisen ist die Querschnittsgestalt vollkommen einheitlich über die Faserlänge. Die Erfindung umfaßt ferner ein anderes Verfahren, welches das Bearbeiten mit Schneidkanten 21 ausführt, welche konkave oder konvexe Gestalt haben, wie durch die Fig. HA, HB bis 13A, 13B veranschaulicht. Durch diese Verfahrensweisen können Stahlfasern hergestellt werden, deren Querschnitte in Längsrichtung besondere Gestalten haben, d. h. es ist möglich, leicht eine Stahlfaser 4a zu erzeugen, deren beide Enden mit Stufen ausgebildet sind wie in F i g. 11B gezeigt, oder eine Stahlfaser 46, deren Länge alternativ mit konkaven und konvexen Abschnitten gemäß Fig. 12B ausgebildet ist, oder aber eine Stahlfaser 4c, welche alternativ mit V-Abschnitten ausgebildet ist wie in Fig. 13Bgezeigt

Erfindungsgemäß werden die Schneidkanten 2 nicht parallel zur Drehachse des Fräswerkzeugs 1 angeordnet sondern unter einem Steigungswinkel <x, wie aus den Fig.6 und 8 ersichtlich, mittels welches der Bearbeitungsvorgang durchgeführt wird, so daß die Stahlfaser 4 in axialer Richtung verdrillt ist (wie aus Fig.9 ersichtlich), um den Herausziehwiderstand zu erhöhen und entsprechend die Festigkeit des Betons zu vergrößern sowie ferner den Stoß der Schneidkante 2 auf das Rohmaterial 3 zu verringern. Die Verdrillstärke der Stahlfaser 4 kann nach Wunsch gesteuert werden durch Änderung des Steigungswinkels <x der Schneidkante 2.

Erfindungsgemäß wird nicht nur die Form der Stahifasern, sondern auch die QuerschnittsgröBe durch Änderung der Bearbeitungsbedingung geändert Dies erfolgt durch Änderung der Schnitt-Tiefe r und/oder des Vorschubs Sz pro Schneidkante 2, wodurch auf einfache Weise Stahifasern von kleinem Querschnitt (dünn) oder von großem Querschnitt (dick) erhalten werden können. Je größer die Schnitt-Tiefe f und der Vorschub Sz pro Schneidkante 2, umso größer ist der Querschnitt und umgekehrt Auf jeden Fall kann die Erfindung jeweils die Stahlfaser erzeugen, welche eine für einen gegebenen Zweck optimale Gestalt Größe und Festigkeit aufweist und zwar aufgrund einer Kombination der Bearbeitungsbedingung und der Bedingung der Schneidkanten.

Die Bearbeitung kann erfolgen, wenn das Material Raumtemperatur hat. Die Erfindung umfaßt jedoch auch ein Verfahren, bei welchem eine Seite des zu verarbeitenden Rohmaterials 3 erwärmt ist mittels einer geeigneten Erwärmungseinrichtung, welche beispielsweise mit Hochfrequenzinduktion, einem Plasmabogen, einer Flamme oder einem elektrischen Widerstand arbeitet, und das erwärmte Material 3 wird verarbeitet bei dessen horizontaler Bewegung relativ zum Fräs-

K) werkzeug 1. Die Erwärmungstemperatur ist unterschiedlich entsprechend den Qualitäten, der Dicke und anderen Eigenschaften des Rohmaterials 3, liegt jedoch in einem Bereich zwischen 200 und 800⁰C oder mehr als 900⁰C. Auf diese Weise wird die Werkzeuglebensdauer verlängert und die Belastung der Schneidkanten 2 wird reduziert, wodurch die Produktivität erhöht wird. Wenn das Erhitzen in dem zuerst genannten Bereich erfolgt, kann die Zähigkeit der Stahlfaser verbessert werden, und wenn das Erhitzen im zweitgenannten Bereich erfolgt und das Rohmaterial ein Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt ist, kann die Stahlfaser an der Luft gekühlt werden, und weiterhin wenn das Rohmaterial ein Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt ist, kann die Stahlfaser durch Glühen verformbar gemacht werden.

Nachfolgend werden durchgeführte Beispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgeführt durch welche die Erfindung jedoch nicht begrenzt werden soll.

Beispiel 1

Die Stahlfasern wurden nach dem
veranschaulichten Verfahren erzeugt.

in F i g. 4

Dicke Platte oder Block (Dicke 25 mm)
SS 41 (Material I)
0,08% C superweicher normalisierter Stahl (Material II)

0,08% C superweicher geglühter Stahl (Material III)

Bedingungen des Fräswerkzeugs

Durchmesser: 100 0
Anzahl der Schneidkanten z: 12
Neigungswinkel 0: Null
Steigungswinkel«: 15°
Breite der Schneidkante: 50 mm

so Bearbeitungsbedingungen
Schnitt-Tiefe f:0,5 mm
Vorschub 5zpro Schneidkante: 0,51 mm
Bearbeitungsgeschwindigkeit V: 22,6 m/min
Drehzahl: 72 U/min

Die Platte oder der Block wurde um 440 mm/min durch einen Tisch bewegt

Die nach den obigen Bedingungen erzeugten Stahlfasern waren 30 mm lang, hatten einen rechtwi nkli-

gen Querschnitt und waren um 12° /cm verdrillt Diese

Ergebnisse ergaben sich bei den Materialien I, II und HI.

Die Tabelle I zeigt Vergleiche der Querschnittsfläche A und der Zugfestigkeit ob der erfindungsgemäß hergestellten Stahifasern und der nach dem bekannten Verfahren (2) hergestellten Stahlfasern, bei welchem ein dünnes kaltgerolltes Blech aus dem Material III als Rohmaterial verwendet wurde.

Tabelle I

ίο

(b)

(a)

(C)	Material	I
	Material	II
	Material	III
(d)	Material	III
Darin bedeuten:

Querschnitts-	"B
fläche A
(mm²)	<k\|
0,25	71
0,23	72
0,24	80

(kg/mm²)

ag der Platte oder des Blocks

(kg/mm²)

43
33
32

0,25

(a): Mechanische Eigenschaften
(b): Arten von Stahlfasern
(c): Erfindungsgemäßes Verfahren
(d): Bekanntes Verfahren (2).

Beispiel 2

Die Stahlfasern wurden durch die Abwärtsschnitt-Fräsmethode gemäß F i g. 5 erzeugt

Dicke Platte oder Block (Dicke 30 mm): SS 41

Bedingungen des Fräswerkzeugs
Durchmesser: IUO 0
Anzahl der Schnittkanten z: 10
Neigungswinkel 0:Null
Steigungswinkel«: 15°
Breite der Schneidkanten: 30 mm

Bearbeitungsbedingungen
Schnitt-Tiefe: 0,45 mm
Vorschub Szpro Schneidkante: 0,8 mm
Bearbeitungsgeschwindigkeit V: 63 m/min
Drehzahl: 200 U/min
Tisch vorschub: 1,6 m/min

Die nach den vorstehenden Bedingungen hergestellten Stahlfasern waren 30 mm lang, wiesen eine Verdrillung von 12°/cm auf, hatten einen Querschnitt A von 033 mm² und eine Zugfestigkeit Oßvon 71,2 kg/mm².

Diese Stahlfasern wurden in Anteilen von 0%, 1,0% und 2£% in einen Beton von 50% Wasser und 50% Beton und von einer maximalen Ansammhingsgröße von 15 mm eingemischt, um einen stahlfaserverstärkten Beton von 10 χ 10 χ 40 cm zu erzeugen. Dieses Produkt wurde auf Biegefestigkeit geprüft in der Weise, daß das Produkt an beiden Endabschnitten von 5 cm in der Länge abgestützt wurde und die Belastung an seinem zentralen Abschnitt aufgebracht wurde. Für einen Vergleich mit diesem erfindungsgemäßen Produkt wurde stahlfaserverstärkter Beton nach dem bekannten Verfahren (2) unter den gleichen Bedingungen hergestellt und die Stahlfaser hatte die Abmessungen 0,5χ0,5χ30mm. Die Ergebnisse sind in Fig. 14 gezeigt, aus welcher ersichtlich ist, daß das erfindungsgemäße Produkt eine ausgezeichnete Biegefestigkeit hat Es ist ersichtlich, daß die Stahlfaser gemäß der vorliegenden Erfindung eine hohe Festigkeit, eine große Oberfläche aufgrund der Wellungen und einen großen Widerstand gegen Herausziehen aufgrund der Verdrillung hat „ . . . _
Beispiel 3

Mit dem Material II aus dem Beispiel 2 wurde eine Stahlfaser erzeugt, um die Wirkung des Neigungswin-

46

kels θ des Fräswerkzeugs ! durch Änderung des Neigungswinkels θ innerhalb des Bereichs von —5° bis + 15° bei denselben Bedingungen der Schneidkante und der Bearbeitung wie im Beispiel 1 zu untersuchen. Die Ergebnisse sind in F i g. 15 dargestellt, aus welcher ersichtlich ist, daß der Null-Neigungswinkel eine Stahlfaser von maximaler Festigkeit ergibt.

Beispiel 4

Bei dem Material II des Beispiels 1 wurde der Steigungswinkel « der Schneidkante verändert Der Neigungswinkel θ war -5°, die Bedingungen der Schneidkante und die Bearbeitungsbedingungen waren dieselben wie im Beispiel 1. Die Ergebnisse sind in

Tabelle II gezeigt

Tabelle II	(e)	ob	Verdrillung der Faser
(0	Querschnitts- fläche A	(kg/mm²)	(°/cm)
	(mm²)	65 72	12 43
	0,22 0,19
15° 25°	Darin bedeuten:

(e): Eigenschaften der Faser

(f): Steigungswinkel der Schneidkante

Aus Tabelle II ist ersichtlich, da8 ein Ansteigen des Steigungswinkels α die Verdrillung der Stahlfaser und entsprechend deren Zugfestigkeit erhöht

Beispiel 5

Mit Hilfe des Materials II aus dem Beispiel 1 wurden die Wirkungen der Bearbeitungsbedingungen untersucht durch Andern des Vorschubs Sz pro Schneidkante und/oder der Schnitt-Tiefe t, wobei die Bedingungen der Schneidkante und die übrigen Bearbeitungsbedingungen denen des Beispiels 1 entsprachen.

Die mechanischen Eigenschaften der Stahlfaser sind in F i g. 16 gezeigt, wo der Vorschub Sz pro Schneidkante und die Schnittiefe t, verändert wurden. F i g. 17 zeigt die Ergebnisse bei Änderung nur des Vorschubs Sz pro

Schneidkante, und Fig. 18 zeigt die Ergebnisse bei Änderung nur der Schnitt-Tiefe t Aus den Fi g. 16 bis 18 ist ersichtlich, daß Stahlfasern

von verschiedener Querschnittsfläche und verschiedener Festigkeit erhalten werden können durch Änderung des Vorschubs Sz pro Schneidkante oder der Schnitt-Tiefe toder beider.

Beispiel 6

Mit dem Material SS 41 des Beispiels 1 wurden Stahlfasern hergestellt bei Erwärmen der Oberfläche des Rohmaterials auf etwa 900⁰C durch eine Schneidbrennflamme bei denselben Bedingungen wie im Beispiel 1.

Die erhaltene Stahlfaser hatte eine Querschnittsfläche von 0,24 mm² und eine Zugfestigkeit von 55 kg/mm²

und war besser verformbar als das Produkt, welches bei Raumtemperatur gemäß Beispiel 1 hergestellt worden war. Die Lebensdauer des Fräswerkzeugs wurde auf etwa das Dreifache verlängert

Auf ähnliche Weise wurde rostfreier 18Cr-8 Ni-Stahl auf etwa 300⁰C erwärmt und bei denselben Bedingungen wie im Beispiel 1 verarbeitet. Die erhaltene Stahlfaser hatte eine Querschnittsfläche von 0,24 mm² und eine Zugfestigkeit von 80 kg/mm².

Hierzu S Blatt Zeichnunsjen

Claims

Patentansprüche:

1. Verwendung von durch Fräsen hergestellten Stahlfasern, die verdrillt sind und einen annähernd dreieckigen Querschnitt besitzen, als Verstärkungsfasern für Stahlbeton.

2. Verwendung von Stahlfasern nach Anspruch 1, deren Querschnitt annähernd die Form eines rechtwinkligen Dreiecks aufweist

3. Verwendung von Stahlfasern nach Anspruch 1 oder 2, deren Verdrillung 12°/cmbis 43°/cm beträgt

4. Verwendung von Stahlfasern nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die an beiden Enden in Längsrichtung abgestuft sind.

5. Verwendung von Stahlfasern nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die in Längsrichtung abwechselnde VorsprOnge und Ausnehmungen tragen.